1700918310
1700918311
1700918312
图7-2 量子概率的来源。根据量子力学，一张完美直立的扑克牌会同时倒向两个不同的方向，称为叠加态。如果你赌它倒下时正面朝上，那么世界的状态将会变成两种结果的叠加态：一种是正面朝上并且你很开心，另一种是正面朝下并且你很沮丧。每一种状态中的你对另一种状态的存在都毫不知情，并觉得扑克牌是随机倒下的。如果你重复4遍实验，将会有2×2×2×2=16种结果。在这些结果中，大多数情况里，你都会认为正面朝上或面朝下是随机发生的，概率都为50%。在这16种结果中，只有在两种情况中，你会获得4次相同的实验结果。如果你重复做400次实验，就会有2400种结果，大多数结果中，正面朝上的概率都接近50%。根据一个有名的理论，如果你将这个实验重复做无数次，那么你观察到正面朝上的概率极限为50%。在最终的叠加态中，绝大多数版本的你都会因此总结说，尽管内在的物理定律一点也不随机，但实验符合概率的规律。正如爱因斯坦所说：“上帝不掷骰子。”
1700918313
1700918314
我渐渐被震撼了，这种随机性的幻觉并不只是量子力学的专属。假设某种未来科技可以在你睡觉时对你进行克隆，之后，两个你被分别放置在标着“0”和“1”的房间里（见图7-3）。醒来时，他们都会觉得房间号完全是随机的，根本没法预测。如果某种科技可以把你的意识上传到计算机中，那么我在此说的话在你看来将是显而易见和符合直觉的，因为克隆你和拷贝你的意识都一样容易。如果你将图7-3中的克隆实验重复许多次，并且每次都写下你的房间号，在绝大多数情况下，你都会觉得你写下的0和1序列看起来是随机的，其中0占50%，1也占50%。
1700918315
1700918316
1700918317
1700918318
1700918319
图7-3 每次你克隆自己时，都会经历一次随机性的幻觉，所以，这里其实并没有量子力学什么事。如果某种未来科技可以在我儿子菲利普睡觉时克隆他，然后把他的两个版本分别放入标着“0”和“1”的房间里，他们醒来后都会觉得房间数是完全随机和不可预测的。
1700918320
1700918321
也就是说，每当你被克隆一次，因果的物理过程都会在你的主观意识中产生随机性的幻觉。既然波函数的演变是事先决定好的，那为什么量子力学还是看起来很随机呢？根本原因就在于，薛定谔方程让波函数发生了演变，将一个单个的你，演变成了众多平行宇宙“克隆人”中的其中一个。
1700918322
1700918323
那么，被克隆时有何感觉呢？有随机的感觉！每当你身上发生了一件似乎本质上是随机的、不可预测的事情，这就是一个征兆，说明你可能已经被克隆了。
1700918324
1700918325
休·埃弗雷特的研究依然饱受争议，但我认为他是正确的，波函数永不坍缩。我还认为，总有一天，他会被公认为一位与牛顿和爱因斯坦平起平坐的天才，至少在大多数平行宇宙里会这样。不幸的是，在当前我们所在的这个平行宇宙里，他的研究几乎被遗忘和忽视了十多年。他在物理学领域内找不到工作，变得潦倒、孤僻、嗜烟酗酒，在1982年死于早期心脏病。
1700918326
1700918327
最近，我对埃弗雷特的了解越来越多，因为我在电视纪录片《平行宇宙，平行生命》（Parallel Worlds, Parallel Lives）的拍摄期间认识了他的儿子马克·埃弗雷特（Mark Everett）。制片人希望我向他解释他父亲的研究，我感到由衷的幸运和荣耀。当我站在伯克利那间激进书店里寻找那本书时，我无论如何也想不到，有一天我能和我的这位物理学英雄之间产生个人联系。马克是一名摇滚明星，如果你看过《怪物史莱克》，你一定听过他的歌（见图7-4）。他父亲的命运让家庭饱受折磨，你能在他的许多歌曲中听到这一点。尽管他和姐姐同父亲住在一起，但他们和父亲之间几乎没有任何交流。马克的姐姐后来自杀身亡，留下一份遗书，说她将去往平行宇宙与父亲团聚。
1700918328
1700918329
由于我相信休·埃弗雷特的平行宇宙真的存在，我忍不住想知道它们是什么样的。在我们这个宇宙，埃弗雷特被普林斯顿大学物理系拒绝，转而去了数学系读研究生，一年后才转学到物理系。由于他的时间很紧张，只做了一些量子方面的研究。我想，在其他平行宇宙里，也许他一开始就被普林斯顿大学物理系录取了，这样他就有足够的时间先在主流研究中留下自己的烙印，随后的量子力学研究也就不会这么容易被忽视了。这将为他开启一段与爱因斯坦类似的职业生涯——爱因斯坦的狭义相对论一开始也同样受到铺天盖地的质疑（尤其是因为他并非职业物理学家，而是学术圈的局外人，一名普通的专利局职员），但却并未被忽视，因为爱因斯坦此前的发现已经为自己赢得了名誉。爱因斯坦从此跻身于学术界，继续发现了广义相对论。与爱因斯坦一样，埃弗雷特也有能力成为教授级别的中流砥柱，作出更多和他第一个发现一样的突破和进展。啊，我多想知道，在那些平行宇宙里，他后来又发现了什么奇妙的东西……
1700918330
1700918331
1700918332
1700918333
1700918334
图7-4 休·埃弗雷特的儿子马克是一个摇滚明星，这张照片拍摄于2007年，当时我和他一起在探索他父亲的研究工作。
1700918335
1700918336
有一件事，我觉得埃弗雷特一定会喜欢参与。那是2001年8月，在马丁·里斯位于剑桥大学的家中，他召集了一帮顶尖物理学家，召开了一场非正式的会议，主题正是平行宇宙以及相关话题。对我来说，这是平行宇宙第一次得到了科学界的尊重（尽管依然饱受争议）。我想，许多人看见其他参会者都有谁之后，一定放下了心理包袱，不再因自己拥有这样怪异的兴趣而感到内疚和尴尬，并开始相互打趣，比如，“你来这个可疑的会议干什么”。在一场关于平行宇宙的讨论会中，长时间的精神高度集中让大家都很紧张，我突然意识到，许多分歧其实只是由粗糙的语言引起的误解：许多人所说的平行宇宙其实属于不同的类型，但他们都用了同样的“平行宇宙”四个字！我想，他们一共说了三四种！想通了这一点，我举起手，提出了4个多重宇宙层级的划分规则，正是我在本书中所使用的这套分类方法。
1700918337
1700918338
尽管埃弗雷特非常聪明，但他有一个重要的问题没有回答：如果一个宏观物体真的可以同时位于两个地方，为何我们从来没有观测到这一现象呢？诚然，如果你测量它的位置，那么，位于两个平行宇宙里的两个你都会发现它位于一个确定的地方。但是，这个回答还不够好，因为精细的实验表明，宏观物体从来不会同时出现在两个地方，即使你根本不观察它们。具体地说，宏观物体从来不会表现出波动的性质，而正是波动造就了所谓的量子干涉模式。不仅埃弗雷特没有解开这个谜，在我的教科书里，也没有任何答案。
1700918339
1700918340
被审查的量子怪诞性
1700918341
1700918342
天哪！竟然起作用了！那是1991年11月，在伯克利的一个夜晚，外面漆黑一片，我正坐在书桌前，在一张纸上捣鼓各种各样的数学符号。我感到胸中涌动着一阵从未有过的兴奋。这是真的吗，我真的发现了如此重要的事情？我需要确认一下。
1700918343
1700918344
我经常想，在科学领域，最难的部分不是找到正确的答案，而是提出正确的问题。如果你遇到了一个相当有趣、成熟的物理学问题，它就会自动告诉你需要什么计算过程才能回答这个问题，剩下的部分就几乎是自动进行的了。即使数学推算需要花上几小时甚至几天的工夫，但感觉起来就像是在钓鱼，鱼儿已经上钩，只消拉一下线就能看到钓到了什么。我很幸运，一不小心就撞上了一个这样有趣的问题。
1700918345
1700918346
当时，我已经学到，与波函数坍缩有关的事可用一种数表来概括，在物理学的行话里，这种数表叫作“密度矩阵”（density matrix）。密度矩阵不仅表示了某个物体的状态（也就是它的波函数），还包含了我对该波函数的不完备知识[35]。比如，如果有个物体能同时出现在两个不同的地方，关于此，我的知识可以被描述为一个2×2的数表，以下是两个例子：
1700918347
1700918348
1700918349
1700918350
1700918351
在这两个例子中，我在其中一个地方找到它的概率都为0.5，这个信息被编码成两个数字，分别写在每个矩阵的对角线上（左上角的0.5和右下角的0.5）。除此之外，每个数表里还有两个数字，用极客的行话说就是“密度矩阵非对角元”，表示量子和经典不确定性之间的区别。当它们都等于0.5时，它们就处于一个量子叠加态（比如薛定谔的猫同时处于死了和活着的两个状态）；如果它们都等于0，那我们面对的就是古老而熟悉的经典不确定性，就像我唱歌时找不着调的感觉一样。所以，当你把这些非对角元都换成0的时候，你就让波函数发生了坍缩！
1700918352
1700918353
我们在上一章已经看到，量子力学的哥本哈根解释告诉我们，如果你朋友观察一个物体，但是不告诉你结果，那他就坍缩了波函数，这个物体就会要么在这里，要么在那里，总之肯定处在一个确定无疑的地方，只不过你并不知道是哪个地方。换句话说，哥本哈根解释认为，“观察”这个动作用某种神秘的方式让非对角元都变成了0。
1700918354
1700918355
我很怀疑，是否有某些不那么神秘的物理过程也能做到这一点呢？如果有一个封闭孤立的系统，不与外界发生任何交互，用薛定谔方程很容易证明，那些讨厌的数字永远不会消失。但是，真实的系统却不可能是孤立的，于是我开始问自己，在这些系统中，情况又是如何呢。比如，当你正在读这句话时，空气分子和光子不断撞击着你的身体。所以，如果某个物体同时处在两个不同的地方，当其他物体和它相撞时，那个描述它的2×2数表又会发生什么事呢？
1700918356
1700918357
这就是那个奇妙的“自问自答”问题，剩下的一切秘密都会自动展开。为了简化，我把那个物体和与之相撞的一颗粒子看作一个孤立的系统，用薛定谔方程来计算接下来会发生什么事。
1700918358
1700918359
几个小时后，我坐在那里，面前摆着几大张纸，密密麻麻写满了数学符号。我喘了一口气，那些非对角元会变得非常接近0，就像波函数坍缩了一样！当然，它并没有真正坍缩，平行宇宙依然存在，却出现了一种崭新的效应。有了这种效应，不管你从什么方向看、从哪个角度闻，波函数都像是坍缩了一样，看起来和真正的坍缩没什么两样。这样，我们就无法观察到一个物体同时位于两个地方。所以，量子怪诞性并没有消失，它只是被审查了！就像新闻被审查一样，事情并不是没有发生，只是你看不见而已。